Курсовая работа по дисциплине Теплофизика

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФГБ ОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

специальность – 280700.62 Техносферная безопасность

Курсовая работа

По дисциплине:

______________________________________________________

Проверил:                                                                   Выполнил:                                                                                                              

______________________________              Студент:_____________________

        (заметка о зачете)

Рецензент:____________________                    Шифр:_____________________        

______________________________________

                                (подпись)

______________________________

                      (дата)

Калининград 201   г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Термины и определения…………………………………………………...3

2. Тепловой расчет водяного теплообменника …………………………...5

3. Вывод ………………………………………………………………………9

4. Приложение…………………………………………………………….…10

5. Список используемой литературы………………………………………11

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1. Теплообменный аппарат (ТА) - устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями, имеющими различные температуры.
2. Движущиеся среды, участвующие в процессе теплообмена, называется теплоносителем.
3. Рекуперативный теплообменный аппарат — теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, теплообмен происходит через стенку. При этом тепловой поток в каждой точке стенки сохраняет одно и то же направление.
4. Схема движения теплоносителей в ТОА оказывает очень большое влияние на интенсивность процесса теплопередачи. Существует множество простых и сложных схем движения. Рассмотрим основные из них.

1. Противоток

Противоточной (рис.1) называется схема движения, при которой теплоносители движутся параллельно друг другу, но в противоположных направлениях.

Рис.1 Схема противоточного ТОА.

Противоточные теплообменники наиболее эффективны, поскольку обеспечивают наилучшее использование располагаемой разности температур, в них также может быть достигнуто наибольшее изменение температуры каждого теплоносителя.

2. Прямоток

Прямоточной (Рис.2) называется схема, в которой теплоносители имеют параллельное однонаправленное течение.

Рис.2 Схема прямоточного ТОА.

Располагаемая разность температур используется плохо, однако температура передающей стенки в таких ТОА оказывается более однородной, чем в противоточных ТОА.

3. Перекрестный ток 

Перекрестноточной (Рис.3) называется схема, при которой теплоносители движутся ортогонально друг другу.

Рис 3 Схема перекрестноточного ТОА.

По своей эффективности ТОА с перекрестным током занимают промежуточное положение между ТОА с противотоком и прямотоком.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВОДЯНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Конструктивный тепловой расчет состоит в совместном решении уравнений тепловых балансов, определяющих тепло-производительность аппарата, и уравнений теплопередачи.

Заданные параметры:

 - 100 °C,

 - 55 °C,

 - 7 °C,

 - 50 °C,

 – 1.5 кг/с,

 - 3.0 кг/с,

 - 200 Вт/м² К,

 - 150 Вт/м² К,

 - 55 Вт/м К,

 - 40 мм,

 - 43 мм,

 - 0,25 Вт/м К,

 - 1,0 мм,

Тип теплообменника – трубчатый,

Схема потоков – перекрестный ток.

В работе необходимо определить:

- тепловую производительность теплообменника - Q, кДж/с,

- поверхность нагрева теплообменника - F, м2

- конструктивные параметры теплообменника:

 для кожухо-трубного:

L - длина трубки, м,

n - число трубок в одном ходу,

z - число ходов.

Решение:

1. Определяем температурные напоры  и  по формулам:

2. Для перекрестного тока  подсчитываем по формуле:

где  - средний температурный напор, подсчитанный по формуле:

для заданных температур теплоносителей в предположении, что они движутся противотоком,

 –коэффициент перевода, который определяется по графику, в зависимости от условных параметров P и R:

где  – начальные и конечные температуры теплоносителей.

На графике по значениям P и R находится поправочный коэффициент

Тогда:

3. Определяем тепловую производительность теплообменника – Q по формуле:

Через заданное , где теплоемкость  находим для средней температуры по приложению ( стр..

Тогда:

4. Находим коэффициент теплопередачи k для трубки по формуле:

где  - средний, внутренний и наружный диаметры трубки, м.

при вычислении  необходимо учитывать следующее правило:

при

где термическое сопротивление загрязнения  подсчитывается по формуле:

Тогда:

5. Находим площадь теплообменника F по формуле:

6. Для трубчатого теплообменника задавшись скоростью воды 1,2 м/с, определим количество трубок n по формуле:

        Затем задавшись числом ходов z = 1 определяем длину трубок в одном ходу L по формуле:

Вывод

В результате проведенной расчетно–аналитической работы из ряда типовых теплообменников выбран оптимальный с точки зрения эффективности теплопередачи теплообменник, удовлетворяющий поставленным условиям, имеющий следующие параметры и их значения: 

- тепловую производительность теплообменника – Q =, кДж/с,

- поверхность нагрева теплообменника – F=,

- конструктивные параметры теплообменника:

 для кожухо-трубного:

- длина трубки L=,

- число трубок в одном ходу n=1,

- число ходов z = 1.

ПРИЛОЖЕНИЯ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. В. Л. Ерофеев, П. Д. Семенов, А.С. Пряхин. Теплотехника. – М.: «Академкнига», 2006
2. Задачник по тепломассообмену, Ф. Ф. Цветков, Р.В. Керимов, В. И. Величко. – М.: МЭИ, 2010.
3. Г.П. Панкратов. Сборник задач по теплотехнике. – М.: «Либроком», 2009.
4. П. Д. Лебедев. Теплообменные, сушильные и холодильные установки.- М.: « Энергия», 1972